A CACCIA DI ESOLUNE

Una esoluna è una luna che orbita attorno ad un pianeta extrasolare, ovvero ad un pianeta che rivoluziona attorno ad una stella diversa dal Sole. 

Da alcuni anni si è aperta ufficialmente la caccia alla prima esoluna ma, nonostante i grandi telescopi attuali ed i metodi raffinati che vengono utilizzati per scoprire i pianeti attorno ad altre stelle, per ora non è stata annunciata alcuna scoperta. Riuscire ad identificare il segnale di una luna extrasolare è oggi al limite della strumentazione disponibile, ma il telescopio spaziale Kepler ci sta provando nell'ambito del programma "Hunt for Exomoons with Kepler" (HEK) della NASA.

Le lune extrasolari, esattamente come i relativi esopianeti, si presentano in forme molto più varie rispetto a ciò che è osservabile nel solo sistema solare: ad esempio è facile pensare che pianeti giganti gassosi di dimensione e massa molto superiore a quella del nostro Giove possano ospitare lune grandi come la Terra o forse più.

Queste implicazioni sono importantissime per due motivi: 

- più sono grandi e più è facile rilevarle;

- se i relativi pianeti si trovano all'interno della zona abitabile del loro sistema, anche grandi lune (magari condizioni simili alla Terra) possono ospitare la vita.

Come più volte abbiamo visto in questo blog seguendo le nuove scoperte, oggi siamo in grado di rilevare pianeti di taglia inferiore a quella terrestre e quindi saremmo potenzialmente in grado di osservare lune extrasolari come quelle di cui abbiamo appena parlato.

Come fare? Che metodo usare? In breve, la procedure è analoga a quella utilizzata per scoprire pianeti in orbita attorno alle stelle. I metodo ritenuto migliore che oggi viene utilizzato in questa caccia è quello del transito. Tra gli altri, risultano promettenti (anche se limitanti) anche quello del timing delle pulsar e del microlensing gravitazionale.

Dalla curva di luce ottenuta durante il transito del pianeta di fronte alla sua stella bisognerebbe osservare un segnale secondario di entità minore dovuto al transito della luna del pianeta. 

Un nuovo studio, basato su 30 simulazioni, ha mostrato come Kepler possa essere in grado di rilevare lune con una dimensione pari ad almeno il 10% di quella terrestre.  

Le simulazioni hanno ricostruito una vasta gamma di condizioni in cui potrebbero formarsi satelliti extrasolari di dimensioni sufficienti per essere osservati da Kepler. E' risultato che i detriti scagliati nello spazio dallo scontro di due pianeti rocciosi con masse comprese tra 2 e 7 masse terrestri (superterre),con velocità prossima a quella di fuga e angolo di impatto obliquo, potrebbero generare un satellite abbastanza grande da essere alla portata di Kepler.

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LA NANA BIANCA E LA SUA COMETA

Il telescopio spaziale Hubble, in collaborazione con il telescopio Keck delle Hawaii, ha diretto il suo sguardo verso la nana bianca WD 1425+540 distante 170 anni luce in direzione della costellazione del Boote. 

Attorno alla stella è stata scoperta una cintura di oggetti del tutto simile alla nostra Fascia di Kuiper e si sospetta la presenza di uno o più pianeti rocciosi. 

Ancora più interessante è che per la prima volta si osserva "in diretta" la distruzione e dispersione nell'atmosfera della stella di un oggetto di enormi dimensioni dalla composizione del tutto simile ad una cometa.

Ma come facciamo ad affermare ciò? L'oggetto contiene molta più acqua ed è 100.000 volte più massiccio (0,1% della massa di Plutone) di una cometa periodica media del sistema solare. Ha una composizione chimica analoga a quella della celebre cometa di Halley ed è ricca di azoto, silicio, ferro, idrogeno, ossigeno, zolfo, carbonio, calcio, magnesio e molti altri composti essenziali per la vita.

Tra il 25% ed il 50% delle nane bianche note possiedono un'atmosfera inquinata da materiale roccioso di origine planetaria o asteroidale, ma questa è la prima volta che il materiale ha una natura cometaria.
Di non minore effetto è il pensiero che questo materiale deve essere sopravvissuto alla violenta fase di gigante rossa della stella, precedente al suo lentissimo declino come nana bianca.

L'osservazione della disintegrazione in corso di questo materiale ha fatto ipotizzare la presenza di uno o più pianeti sopravvissuti che hanno perturbato con la loro presenza (o migrazione) la cintura cometaria attorno alla stella. Tale perturbazione avrebbe fatto decadere verso la stella il materiale precedentemente in quiete.

Durante gli accertamenti è stata scoperta una stella compagna della nana bianca, distante 2000 UA, rendendo WD 1425+540 un ampio sistema stellare binario. In seguito a questa scoperta è stata formulata una seconda ipotesi che vede la nuova compagna come responsabile della perturbazione gravitazionale del materiale presente nella cintura.

Nell'analisi del materiale cometario in caduta verso la stella si è visto che la quantità di azoto, importantissimo elemento per la vita come la conosciamo noi e mai visto prima in una situazione analoga, è enorme e presente in concentrazioni mai osservate neanche nel nostro sistema planetario (eccezione fatta per la cometa di Halley).

E' impossibile non fare parallelismi con la nostra Fascia di Kuiper, ricca di potenziali comete spente e quindi di acqua e sostanze prebiotiche. Infatti, molto probabilmente, nel sistema solare di alcuni miliardi di anni fa sono state proprio le comete provenienti da queste aree remote del sistema a portare l'acqua sulla superficie terrestre e non solo.
Il sistema di WD 1425+540 è di estremo interesse per la comprensione di strutture come la Fascia di Kuiper, per lo studio del futuro remoto del sistema solare e per la ricerca dei mattoni della vita attorno ad altre stelle.

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UNA DIRETTA DI OLTRE 120 ANNI FA..

Abbiamo parlato spesso della difficoltà di riprendere immagini dirette dei pianeti orbitanti attorno ad altre stelle (direct imaging), una difficoltà a cui stiamo ponendo rimedio assai rapidamente ed efficientemente.

Il nemico numero uno da eliminare in questa caccia è la differenza di luminosità tra una stella ed il suo pianeta. Il riverbero causato dalla luce di un astro, miliardi di volte più intensa di quella riflessa (o emessa) dai suoi pianeti, tende a cancellare le tracce dei suoi pianeti e a nasconderli alla nostra vista. 

Entra in gioco uno degli strumenti da lavoro più importanti per i cacciatori di esopianeti: il coronografo stellare. Nell'ambito della ricerca e dello studio degli esopianeti, tale strumento è utilizzato per osservare pianeti o per effettuare riprese dei dischi protoplanetari in orbita attorno ad altre stelle.  Viene posto lungo l'asse ottico del telescopio con il preciso scopo di intercettare e bloccare la luce accecante della stella e rivelare gli oggetti deboli presenti nelle sue vicinanze. Banalmente il meccanismo è lo stesso che utilizziamo quando, coprendo il Sole con una mano (e quindi proteggendoci gli occhi dalla luce accecante), seguiamo ad esempio un aereo che passa nelle sue vicinanze.

Oggi esistono moltissimi tipi coronografi stellari, studiati ed attrezzati per restituire un'immagine sempre meno disturbata di ciò che si trova nelle vicinanze della stella.

Fondamentali sono anche le ottiche adattive, ovvero un sistema di adattamento degli specchi dei telescopi che annulla l'effetto turbolento dell'atmosfera attraverso una deformazione uguale e contraria a quella prodotta dalla nostra atmosfera. Risultato: un'immagine di qualità spaziale ripresa però dalla superficie terrestre! 

L'utilizzo combinato di queste tecnologie applicate ai migliori telescopi al mondo e l'osservazione del sistema di HR 8799 in banda infrarossa ha permesso al mondo di godere della danza dei suoi 4 pianeti.

La stella in questione, al limite dell'osservabilità ad occhio nudo, si trova a 129 anni luce nella costellazione di Pegaso ed è una stella leggermente più grande e calda del Sole.

Attorno alla stella è stata confermata la presenza di 4 pianeti (un quinto, intravisto da ALMA, è ancora in attesa di conferme) e di una cintura asteroidale. Dalle prime osservazioni di Hubble del 1998, quasi 20 anni di studi e di riprese hanno permesso agli astronomi di seguire nel tempo le variazioni all'interno del sistema.  

Naturalmente, anche la dimensione e la distanza dei pianeti dalla loro stella conta molto: più i pianeti sono grandi e distanti più è facile per noi immortalarli. Il sistema di HR 8799 è perfetto: i pianeti hanno masse superiori a quelle del nostro Giove e sono tutti a distanze pari a 2-2.5 volte quelle di Saturno, Urano e Nettuno. 

La fascia asteroidale del sistema, posta a circa 75 UA dalla stella, si estende nell'area che nel sistema solare è occupata dal Disco Diffuso, oltre la Fascia di Kuiper.

I 4 pianeti, assieme a Fomalhaut b (o Dagon), sono stati i primi pianeti extrasolari il cui moto orbitale è stato confermato mediante l'utilizzo di fotografie dirette.